碳纤维复合材料改善钢结构疲劳性能研究现状

疲劳损伤是钢结构失效的重要原因,现有的补强及止裂方法存在各自的缺点,而碳纤维复合(CFRP)材料轻质高强,疲劳性能好,采用CFRP材料补强能够避免打孔、焊接等过程,具有其他方法所不能比拟的优点。通过对国内外关于CFRP材料改善钢结构疲劳性能的试验研究、数值模拟、参数分析等方面的研究现状及其成果的总结分析,表明CFRP材料对钢结构疲劳性能有明显的改善作用。已有的试验研究主要集中在梁式试件、板式试件和部分焊接接头三类试件;数值模拟基于断裂力学理论展开,采用有限元和边界元两种方法。但由于研究对象缺乏普遍性,分析方法存在重要假定,有关钢结构焊接接头疲劳性能补强方面的研究有待进一步加强,以便指导工程之用。     

基于缺口应力法的薄板焊接接头疲劳性能评估

为验证缺口应力法在板厚小于5 mm的薄板焊接接头疲劳评估的适用性,开展了Q345qD薄板焊接接头疲劳性能试验,获得了薄板焊接接头疲劳试验数据,结合有限元分析计算的焊接接头缺口应力集中系数,绘制了缺口应力疲劳寿命曲线,确定了薄板焊接接头疲劳曲线斜度值和疲劳等级值,与已有研究成果进行比较,发现Q345qD薄板焊接接头具有更高的疲劳曲线斜度值和疲劳等级值,研究结果可供实际工程中疲劳性能评估做参考。     

CFRP加固焊接钢结构的疲劳性能试验研究

由于焊缝自身的缺陷,导致大部分焊接钢结构是由于焊接接头的疲劳断裂而失效。碳纤维增强复合材料(CFRP)加固焊接钢结构应用研究较少,尤其是焊接构件加固之后的疲劳性能的试验和分析。通过试验和计算对比,定量分析对接焊Q345钢板在采用CFRP布加固前后的疲劳性能的改善,并基于BS7608标准,采用有限元软件ANSYS对CFRP布加固焊接Q345钢板进行受力分析,运用S-N曲线预估构件加固后的疲劳寿命。结果表明:CFRP布加固可有效增大焊接钢构件的疲劳寿命;合理修正S-N曲线后,可较准确的预估构件加固后的疲劳寿命。此次研究得到了较准确的结果,对焊接钢构件采用CFRP布加固后疲劳寿命的设计有参考意义。     

正交异性钢桥面板顶板竖向加劲肋焊接接头疲劳性能试验研究

正交异性钢桥面板的疲劳问题是目前研究的主要热点之一。该文针对国内钢桥面板顶板竖向加劲肋焊接接头的构造细节,通过振动型疲劳试验机开展了18个试件的弯曲疲劳试验,研究了普通角焊缝和熔透角焊缝在不同加载应力幅下的疲劳性能,分析了焊接接头的应力集中系数,并与有限元分析结果进行了对比,得到了普通角焊缝和熔透角焊缝焊接接头疲劳寿命大小;同时采用BS5400、JSSC、Eurocode 3以及我国钢结构设计规范（GB 50017—2003）规定的S-N曲线对试验结果的疲劳强度进行了评定。研究表明：钢桥面板竖向加劲肋焊接接头熔透角焊缝的疲劳性能总体上优于普通角焊缝,对我国钢桥面板竖向加劲肋焊接接头的开裂前的疲劳性能建议采用BS5400-F2的S-N曲线（35MPa）进行设计和评价;并且两者焊接接头的应力集中系数约为2.4左右,其中熔透角焊缝受到焊接工艺的影响其应力集中系数较大,须在焊接后对其进行焊趾表面处理,以进一步提高疲劳性能。     

错边缺陷对钢桥焊接接头应力集中和疲劳性能影响的研究

针对钢桥焊接接头在装配中极易产生错边的工艺缺陷问题进行研究。对8,14,20,25mm四种厚度的十字接头和对接接头进行弹性有限元分析,研究不同错位精度下焊接接头的应力集中系数,并利用有限元分析软件的疲劳分析工具进行疲劳性能分析。分析结果表明:焊接接头的应力集中随着错边量的增大而增加,疲劳寿命随错边量的增大而降低,且疲劳寿命随着板厚的增大而降低有所减缓。这将对制定更为合理的十字接头和对接接头错边精度标准提供理论依据,对钢桥的使用安全和降低建造成本等方面具有实用价值。     

旋转窑焊接筒体的失效分析与预防

本文从卧式旋转窑焊接筒体工作状态中的主要技术参数，分析和判断该系统内环缝接头产生疲劳失效的部位和原因。     

关于焊接接头疲劳寿命试验及计算方法研究

焊接接头的疲劳寿命决定着焊接结构件的工作寿命,是进行结构件疲劳计算的基础数据,焊接结构疲劳寿命值及计算方法直接影响了产品可靠性设计.本文以对接接头为例进行试验研究,同时采用有限元疲劳寿命计算方法进行焊接接头疲劳寿命计算,验证有限元疲劳分析计算在结构件寿命计算的可行性,为结构优化寿命设计提供指导.     

带垫板的铸钢-轧钢对焊接头疲劳性能试验研究

对11个铸钢-轧钢板件对焊接头试件进行了疲劳试验,接头处不等厚板件采用1∶4坡度过渡,并辅助垫板采用V形坡口焊缝连接.分析了铸钢-轧钢板件不同壁厚比、焊接质量对接头疲劳性能的影响,介绍了国外过去类似构造的铸钢-轧钢板件对焊接头的疲劳性能研究状况,将试验数据与国外研究成果进行了比较分析,对此类铸钢-轧钢板件对焊接头的疲劳...     

聚乙烯管道焊接接头的超声波检测

介绍了聚乙烯管道热熔焊接和电熔焊接的原理、焊接接头的检测方法,探讨了聚乙烯管道焊接接头的超声波检测,介绍了聚乙烯管道接头失效基础数据库系统。     

豪克能消除焊接应力设备的研究与应用

豪克能消除应力设备是国外较为广泛使用的提高焊接接头疲劳寿命、消除焊接残余应力和进行局部强化处理的焊后处理设备。它的基本工作原理是向被处理的金属部位输入大能量的豪克能并使工具头以每秒几万次的频率冲击金属表面,从而达到消除残余应力提高疲劳寿命的目的。通过对120t的炼钢转炉壳体和对大亚湾核电站中微电子设备进行消除焊接应力试验及对低碳钢Q235-B与0345板材的对接接头和十字接头形式标准焊接试件进行疲劳性能试验证明：豪克能焊接应力消除设备对焊接应力的消除率可达90％以上、疲劳寿命可提高30倍以上。     

正交异性钢桥面板结构体系的疲劳破坏模式和抗力评估

正交异性钢桥面板的疲劳问题属于包含多疲劳破坏模式的结构体系疲劳问题。基于这一本质特性,以典型的正交异性钢桥面板结构体系为研究对象,由结构体系的主导疲劳破坏模式出发,提出正交异性钢桥面板结构体系疲劳抗力评估的新方法。以纵肋与顶板焊接细节和纵肋与横隔板交叉构造细节为主要研究对象,设计8个足尺节段模型,主要包括传统纵肋与顶板焊接细节、新型镦边纵肋与顶板焊接细节和纵肋与横隔板交叉构造细节,通过模型试验研究了两类重要构造细节的主导疲劳破坏模式和实际疲劳抗力,在此基础上结合切口应力评估方法探讨正交异性钢桥面板构造细节切口应力S-N曲线方程、结构体系的主导疲劳破坏模式等关键问题。研究结果表明：传统纵肋与顶板焊接细节和新型镦边纵肋与顶板焊接细节的主导疲劳破坏模式均为疲劳裂纹萌生于焊根并沿顶板厚度方向扩展,二者的实际疲劳抗力基本相同;纵肋与横隔板交叉构造细节的疲劳破坏模式为焊趾开裂沿纵肋腹板方向扩展;对于研究对象而言,萌生于纵肋与顶板焊接细节焊根并沿顶板厚度方向扩展的疲劳破坏模式为控制结构体系疲劳抗力的主导疲劳破坏模式。     

焊接球节点网架整体疲劳破坏断口分析

本文通过对焊接空心球节点网架进行疲劳试验所得的断口进行分析,从所用材料性能方面总结了导致焊接球节点发生疲劳破坏的原因,并给出提高工业厂房网架疲劳寿命的方法。     

Fatigue strength improvement of welded joints by blast cleaning for subsequent painting

In the fabrication of steel bridges, prior to painting, blast cleaning is performed to clean the surfaces and to increase the adhesive properties of the surfaces for the subsequent painting. In addition to these objectives, blast cleaning can improve the fatigue strength of welded joints, as a result of the impact of forcibly propelled abrasive materials on the welded joints. A series of fatigue tests were carried out on the five different types of welded joints: one-side out-of-plane gusset fillet welded joints, both-side out-of-plane gusset fillet welded joints, non-load-carrying rib fillet welded cruciform joints, butt welded joints, and a large-scale model beam with out-of-plane gusset welded joints, and under the three different types of load conditions: uniaxial tension, out-of-plane bending, or in-plane bending stress cycles. Drawing on previous fatigue test results that include unpublished data, this paper presents the beneficial effects of blast cleaning for the subsequent painting applications on the fatigue strength improvement of welded joints and also presents a simple quality control method for the blast cleaning process that improves the fatigue strength.     

高性能桥梁钢典型焊接接头疲劳性能试验研究

针对Q500qE高性能钢两种典型焊接接头,包括对接焊缝和横向角接焊缝,设计疲劳试件。其中对接焊试件包括两种形式,分别为板厚56mm和8mm的对 接焊试件;横向角接焊缝试件的主板厚56mm、附连件厚20mm。对三组试件进行了有限元分析,掌握了试件的应力分布状况及薄弱环节,验证了试件设计的合 理性。随后针对三组试件展开了疲劳试验,掌握了不同类型焊接接头的破坏位置及破坏形式。根据试验结果拟合出了三组试件的S-N曲线,并与普通钢的疲 劳性能进行比较,表明Q500qE高性能钢的这两种典型焊接接头的疲劳强度略高于普通钢。采用目前规范规定的疲劳强度容许值进行抗疲劳设计是合理可行的,并且具有足够的安全余量。     

钢管桁架结构铸钢焊接节点疲劳性能研究进展

空间钢管桁架经常需要采用铸钢件来解决复杂节点的焊接问题。在桥梁、海洋石油平台、风力发动机塔架等疲劳荷载起控制作用的结构中,铸钢件-热轧钢管之间的焊接疲劳性能是需要特别关注的问题。详细介绍国际上铸钢焊接节点在工程的应用、铸钢件材料以及与钢管焊接节点的疲劳性能的研究进展,对一些相关问题进行讨论,指出铸钢焊接节点需要进一步研究的疲劳问题,以期促进我国铸钢焊接节点的工程应用和设计。     

Q460D高强钢及其焊缝连接疲劳性能试验研究

在疲劳荷载作用下钢结构焊缝区易发生疲劳断裂,通过Q460D高强钢及其焊缝连接的疲劳性能试验研究,结合试验数据,拟合了Smax-N曲线预测其疲劳寿命,根据疲劳损伤理论分析了疲劳破坏程度,并通过断口形貌揭示了疲劳裂纹扩展规律。研究结果表明：Q460D母材具有较高的疲劳抗力;对接焊缝接头Smax-N的95%保证率曲线与ANSI/AISC 360-10的疲劳设计曲线吻合较好;GB 50017—2003的设计曲线能较好预估循环次数大于40万次以上十字接头的疲劳寿命。损伤指标能够较好地表征疲劳破坏过程中构件内部状态的变化,缺口系数越大,损伤发展越快。瞬断前裂纹扩展规律与损伤发展一致,随着损伤发展疲劳条带间距逐渐变大。     

Reliability and residual service life of the steampipe welded joints at the temperature of 540°C

In this paper the influence is described of the 1/2Cr-1/2Mo-1/4V steel pipe joints, welded with electrodes of the same composition (with long-term exposure to the temperature of 540°C and the pressure of 14MPa), on life decreases of steampipe with 273 mm in diameter and 32 mm wall thickness. To the prediction of welded joint lifetimes the model of separated diffusion and fatigue failure was applied. The results show that the prolongation of intervals between the putting out of operation tends to welded joints lifetime elongation. It is also indicated that in lower weld structural stability values for fatigue processes are predominant being caused by a weld failure, and in higher structural stability values the failure is caused by creep processed.     

Fatigue life prognosis study of welded tubular joints in signal support structures

Welded tubular joints have exhibited vulnerability to fatigue cracks. This paper presents the research on fatigue life prognosis study of steel welded tubular joints from traffic signal support structures. Fatigue testing results of six full-scale steel welded tubular joint specimens of signal support structures are first discussed. In order to predict the fatigue behavior for welded tubular structure and estimate its fatigue life, a fatigue life prognosis procedure based on Bayesian updating of the stochastic coefficients of the fatigue growth model is employed. Bayesian updating allows the use of dynamic diagnostic information with prior knowledge for improved prognosis. Surface fatigue crack growth data are recorded during fatigue tests of three specimens and the experimental data is used to demonstrate the fatigue life prognosis procedure for welded tubular structures. The prognosis results of this study provide insight into how fatigue hazard evolves in welded tubular joints of signal support structures.     

Prediction of fracture behavior of beam-to-column welded joints using micromechanics damage model

Moment-resisting steel frames often fail by fracture failure of beam-to-column welded joints during a strong earthquake. This paper provides a numerical methodology based on micromechanics damage model instead of traditional fracture analytical methods to investigate the crack initiation and propagation of welded beam-to-column joints subjected to monotonic loading and ultra low cycle loading conditions. Firstly, parameters used in the micromechanics damage model for steel base metal, heat affected zone and weld metal were calibrated, respectively, against uniaxial tension test results and cycle test results of notched specimens. The evolution of void growth in the notched specimens under different loading conditions was compared. Secondly, fracture process of the welded joints subjected to tensile loading was simulated based on the micromechanics damage model. The predicted load displacement response agrees well with the other researcher's test results. Finally, the micromechanics damage model was applied numerically to investigate the ultra low cycle fatigue fracture behavior of the welded joints under constant amplitude as well as variable amplitude inelastic cyclic loading. According to the distribution and evolution of void in the welded joints obtained from finite element analysis, crack initiation and propagation were presented and the number of cycles to fracture was predicted. It is shown that the fatigue life predicted from finite element analysis based on micromechanics damage model agrees well with the other's test results.     

国际期刊导读

给出波纹钢腹板与翼缘板焊接节点的疲劳评估方法。对这种焊接节点的失效模式、应力分布和疲劳强度进行试验研究和有限元分析。由于节点处弧线焊缝的应力集中对疲劳寿命的评估十分重要,因此,对这类几何效应进行了研究,并对其应力特性进行了讨论。结果表明,由于节点处弧线焊缝疲劳关键点的应力集中,曲率半径与波纹高度之比越小,波纹和曲率角度的影响越显著,反之亦然。可将十字形节点的S-N曲线作为极限值,与不同波纹角度焊接节点的疲劳强度进行对比。所提出的方法考虑了复合应力条件,可用于波纹板焊接节点的疲劳评估。该方法也从理论上对残余应力的影响进行了讨论。